[发明专利]一种高阶煤岩气相渗透率动态变化的预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高阶煤岩气相渗透率动态变化的预测方法，属于煤层气开发过程中储层渗透性及其动态评价技术领域。

背景技术

煤层气是一种高效、洁净的优质新能源。煤层气的抽采利用对于缓解能源危机、调整能源结构以及煤矿安全生产和保护环境都具有重要意义。

煤层气藏的开采是流体渗流、多孔介质弹塑性变形与温度场耦合作用的过程。随排水降压，煤层气不断解吸、扩散、渗流和产出，引起煤储层孔-裂隙流体压力变化和煤岩体有效应力改变以及骨架变形，即引起了煤储层应力场变化。在应力场变化过程中，煤储层渗透率发生了变化。在产气阶段，煤岩气相渗透率变化趋势、及控制因素更为复杂。在压降过程中煤岩气相(吸附性气体)渗透率变化具有多样性，且渗透率变化受有效应力、基质收缩和气体滑脱三大地质效应的综合影响。

目前，国内外学者基于孔隙度变化、应力-应变、气体滑脱、基质收缩和有效应力效应等建立了多种煤岩渗透率变化预测模型，这些模型普遍存在以下缺陷：模型中涉及参数较多(如经典的Palmer and Mansoori模型、Gilman and Beckie模型和Robertson and Christiansen模型等)，需要通过实验进行测定，费时费力，且代价昂贵；理论性较强，实际应用起来则难以操作。另外，随着煤层气产业的发展和研究的深入，越来越重视原位条件下煤储层的物性变化，特别是渗透性的变化。

为此，需要探索一种便于操作的、准确的、模拟煤层气排采过程中原位储层条件下的煤岩气相渗透率变化预测模型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高阶煤岩气相渗透率动态变化的预测方法，通过建立原位储层应力和温度条件下的气体压降过程中煤岩孔隙半径(孔隙特征长度)与气体压力之间的关系，建立原位储层应力条件下的煤岩气相(吸附性气体)渗透率变化预测模型，预测原位储层条件下的煤岩气相渗透率动态变化。

本发明提供一种高阶煤岩气相渗透率动态变化的预测方法，包括以下步骤：在实验室条件下，设置实验温度T为储层温度；

确定原位储层应力大小；

在所述实验温度T和所述原位储层应力条件下，测试n个气体压力下的渗透率k_i数据，记做

在所述气体压力和所述实验温度T下，确定气体密度ρ_i和粘度μ_i值；

令，

i＝1…n式中，M为分子质量；为平均气体压力；R为气体常数；T为温度；μ_i为压力为时的粘度；ρ_i为压力为时的密度；a、b、c和d为拟合系数；

记按最小二乘法原理，使y值最小，按求极值的方法分别对a、b、c和d求偏导，并令其为0，可得方程组如下

求解出a、b、c和d；

将所述a、b、c和d值代入

模拟计算煤岩气相渗透率变化，式中，M为分子质量；为平均气体压力；R为气体常数；T为温度；μ为压力为时的粘度；ρ为压力为时的密度。

本发明的有益效果在于能够方便、准确的模拟煤层气排采过程中原位储层条件下的高阶煤岩气相渗透率变化，并对煤岩气相渗透率变化进行预测，本发明代价小、省时省力、实用性强。

附图说明

图1为实验参数设计图。

图2为4.3MPa围压不变条件下孔隙半径与气体压力之间的关系图。

图3为4.3MPa围压不变条件下正切动量调节系数与气体压力之间的关系图。

图4为不同有效应力条件下气体(CO₂)渗透率与平均气体压力倒数之间的关系图。

图5为4.3MPa围压不变条件下煤岩气体(CO₂)渗透率变化以及模型计算结果。

图6为实验装置图。

图7为煤岩芯受力示意图。

具体实施方式

下文将结合附图详细描述本发明的实施方式。应当注意的是，下述实施方式中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合和相互结合从而达到更好的技术效果。

本发明提供一种高阶煤岩气相渗透率动态变化的预测方法，包括以下步骤：a.假设煤层气排采过程中，煤储层围压条件不发生变化。

b.设置5个有效应力点，在每个有效应力条件下，设置5个围压和气体压力，共计25个实验点，实验参数设计如图1所示。在每个有效应力点下，围压和气体压力同时增加，以保证有效应力不变。